Література

1. Алаи С.И. та др. Технология конструкционных материалов. – М.: Просвещение, 1986. – 383 С.

2. Материаловедение /Под ред. Б.Н. Арзамасова. – М.: Машиностроение, 1986. 383 С.

3. Самохоцкий А.И. Лабораторные работы по металловедению термической обработке металлов, 1981

4. Рудик Д.Ф. Технологія металів та інших конструкційних матеріалів. – К.: 1975. – 156 С.

5. Справочник по практическому металловедению. – К.: Техника, 1984

Завдання до роботи

1. Вивчити будову мікроскопів МИМ-7 та ММУ-3.

2. Навчитись користуватися мікроскопами в світлому, темному та поляризованому полях.

3. Навчитись визначати збільшення різних мікроскопів при візуальному спостереженні та фотографуванні.

4. Скласти звіт про роботу.

Звіт про роботу складається у відповідності до завдань.

Додаток для самостійної роботи Роздільна здатність мікроскопів

Зображення, яке дає будь-яка оптична система, є результатом інтерференції світлових променів. Питання ж визначення роздільної здатності оптичної системи (збільшення оптичної системи) пов’язане з дифракцією світлових хвиль. Отже розуміння інтерференції і дифракції світлових хвиль дає можливість зрозуміти роботу мікроскопа.

В мікроскоп переважно розглядають об’єкти освітлені, а не самоосвітні. Це означає, що окремі точки об’єкта розсіюють хвилі, які падають на них, що виходять з однієї і тієї самої точки джерела, і отже, світло, що йде з різних точок об’єкта, є когерентним (має однаковий зсув фаз і частоту коливань). Відомий фізик Аббе запропонував цікавий спосіб визначення роздільної сили для випадку освітлених об’єктів і довів, що і в цьому випадку роздільна сила також визначається числовою апертурою об’єктиву. Світло, яке освітлює об’єкт, потрапляє на лінзу мікроскопа, зазнавши розсіювання (явище дифракції) на деталях об’єкта, отже структура світлового пучка залежить від цього об’єкта. Для прикладу розглянемо випадок, коли розглядається правильна решітка, яка складається з прозорих і непрозорих смужок шириною d (рис. 3.1).

Рис 3.1 До дифракційної теорії Аббе.

Масштаб рисунка спотворено: відстань від FF до Р₂Р₂ знано більша за фокусну відстань об’єктива.

Роздільна здатність мікроскопа полягає у розрізненні за допомогою мікроскопа відстані між темними смужками, коли вона буде мінімальною. Дифракція паралельного пучка на розглядуваній структурі дає у фокальній площині об’єктиву ряд головних максимумів, кутові відстані між якими визначаються періодом решітки. Якщо падаючі промені нормальні до поверхні об’єкта і направлені вздовж осі системи, то положення цих максимумів визначається з умови:

d·sinφ = m / λ₀,

де m - ціле число, яке визначає порядок максимумів. На осі мікроскопа лежить нульовий максимум А₀ (m = 0), максимуми першого порядку А₁ і А₁´, лежать у напрямках, які визначаються з співвідношення:

,

максимуми другого порядку (А₂ і А₂´) з співвідношення:

і т.д.

Якщо між предметом і об’єктивом є середовище з показником заломлення n, то замість λ₀, ввійде λ = λ₀ / n і умова розрізнення буде:

,

де n·sinu=A – числова апертура об’єктива.

Тоді

.

Отже роздільна здатність мікроскопа залежить від довжини хвилі і показника середовища в якому вона поширюється. Щоб підвищити роздільну здатність мікроскопа, вигідно застосувати короткі хвилі (наприклад ультрафіолет) і збільшити числову апертуру.Для останньої мети застосовують імерсійні системи, у яких простір між предметом і об’єктом заповнюють середовищем з показником заломлення n>1. Підбираючи n близько 1,5 (кедрова олія), ми не тільки збільшуємо апертурне число, а й дістаємо ряд інших переваг.

Для поліпшення роздільної здатності мікроскопа можна простір між об’єктивом і предметом заповнювати не тільки кедровим маслом, а й монобромонафталіном (n=1,66) або навіть водою (n=1,33).

У сучасних мікроскопічних об’єктивах числова апертура досягає значних розмірів. Для „сухих” систем n=1 і sinu практично досягає 0,95, так що можливе розрізнення деталей, які мають розміри до половини довжини світлової хвилі. З імерсійними системами досягають розрізнення в півтора рази більшого.

Гранична роздільна здатність сучасних мікроскопів мкм. Вона обмежується самою природою світла – довжиною світлових хвиль. Застосування ультрафіолетових променів дає збільшення приблизно в два рази, але при цьому стикаємося з двома труднощами, по-перше, лінзи треба виготовити з скла, яке не поглинає ультрафіолет (кварц, флюорит), по-друге, зображення не підлягає візуальному спостереженню, треба проектувати його на спеціальний екран, або фотоплівку.

Застосування ультрафіолету дає ще одну важливу перевагу. Багато об’єктів (особливо біологічні) у всіх своїх частинах однаково прозорі для видимого світла, в наслідок чого у видимому світлі їх спостерігати важко. Але ультрафіолетове світло дає значну відмінність у показнику поглинання різних частин об’єкта, так що відповідні мікрофотографії виходять досить контрастні. Для дальшого збільшення роздільної здатності мікроскопа слід було використати рентгенівські промені. Але виготовити відповідну оптику, щоб дістати зображення дуже важко.

Однак розвиток сучасної теоретичної фізики привів до думки, що поширення потоку будь-яких матеріальних частинок підлягає хвильовим законам, як і світловий потік. Іншими словами, з рухомим тілом завжди пов’язана хвиля, довжина якої залежить від швидкості руху цього тіла та його маси:

,

де h – стала Планка.

Отже, закони поширення навіть найменших частинок (електронів) відповідають законам поширення дуже коротких хвиль. Це й спонукало вчених до винайдення електронного мікроскопа на рис. 3.2 показана порівняльна схема оптичного і електронного мікроскопів.

Рис. 3.2 Схема будови електронного мікроскопа. Для порівняння поруч зображено схему оптичного мікроскопа.

Роль променів у електронному мікроскопі виконують пучки прискорених електронів; роль лінз – відповідно підібрані електричні і магнітні поля. Збиральною лінзою може бути радіальне електричне поле циліндричного конденсатора, або магнітне поле вузької катушки з струмом.

Оптична сила магнітної лінзи змінюється залежно від сили струму в котушці і може бути дуже значною. Як і в звичайному мікроскопі, зображення, одержане за допомогою однієї електронної лінзи, можна збільшити другою електронною лінзою.

Пучок електронів, що прискорюються між катодом і анодом, проходячи через об’єкт, формується за допомогою електронних лінз і дає зображення на люмінесцентному екрані.

Електронні мікроскопи дають зображення у 20000-40000 разів, а зображення настільки чітке, що його можна ще збільшувати за допомогою звичайного фотозбільшувача. Так досягають загального збільшення в мільйон разів.